MethMag - Hocheffizienter Verbrennungsmotor mit innovativem Magerbrennverfahren in Verbindung mit Methan; 3D-CFD-virtuelle Entwicklung - Einzylinder-Forschungsmotor und Vollmotor

Abstract

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines hocheffizienten Verbrennungsmotors, welcher in dem Bereich der leichten Nutzfahrzeuge eingesetzt werden soll. Dieses Ziel wird durch ein innovatives Brennverfahren in Verbindung mit Methan erreicht. Die virtuelle 3D-CFD-Entwicklung kann ein leistungsfähiges Mittel sein, um die Entwicklung neuer Verbrennungsmotoren zu beschleunigen, die Anzahl der Prototypen zu verringern und die Prüfung verschiedener Geometriekombinationen zu erhöhen. In diesem Zusammenhang wurden virtuelle 3D-CFD-Motorsimulationen verwendet, um 20 Monate vor der Herstellung des realen Einzylindermotors ein mögliches Motorlayout vorherzusagen, mit dem des indizierten Wirkungsgrades von über 42 % mit Magerbetrieb und aktiver Vorkammerzündung gesteigert werden kann. Nach der Erstellung der verschiedenen Motormodelle und der Sensitivitätsanalyse der neuen Motoranforderungen wurden in den Einzylinder-Motorsimulationen viele verschiedene Motorauslegungen getestet. Einige Monate nach der Durchführung der Simulationen werden die Experimente des Einzylindermotors mit den Simulationen verglichen, insbesondere im Lastpunkt 2000 U/min 10 bar PMI. Die Messungen der Leistungsparameter des Motors stimmen sehr gut mit den Vorhersagen der Simulation überein. Wie vorhergesagt, läuft der Motor stabil, mit sehr kurzer Verbrennungsdauer bei magerem Betrieb bis zu Lambda 1,7 mit einem indizierten Wirkungsgrad bis zu 43,7 %. Die COV-Schwankung des IMEP bleibt stets unter 2 %. Um den Technologiereifegrad zu erhöhen, wird zudem ein serienfähiger Mehrzylindermotor virtuell entwickelt und getestet.